高中物理機(jī)械振動5外力作用下的振動互動課堂學(xué)案新人教版選修

1、5外力作用下的振動互動課堂疏導(dǎo)引導(dǎo)1.阻尼振動（1）實(shí)際的振動過程中，機(jī)械能向內(nèi)能轉(zhuǎn)化是無法避免的，振動過程中機(jī)構(gòu)能不斷減小以致振動最終停止.這種振幅逐漸減小的振動叫阻尼振動.盡管阻尼振動的振幅在減小，但其振動周期不變，因?yàn)橹芷谑怯烧駝酉到y(tǒng)決定的.振動系統(tǒng)確定后，其振動的周期就不變，稱為固有周期.（2）阻尼振動和無阻尼振動的區(qū)別振動類型比較項(xiàng)目阻尼振動無阻尼振動產(chǎn)生條件受到阻力作用不受阻力作用振動能量振動能量有損失振動能量保持不變振幅如果沒有能量補(bǔ)充，振幅越來越小振幅不變2.受迫振動（1）驅(qū)動力：加在振動系統(tǒng)上的周期性外力，叫做驅(qū)動力.（2）受迫振動：物體在外界驅(qū)動力作用下的振動叫做受迫振動.

2、（3）振動系統(tǒng)做受迫振動時(shí)，振動穩(wěn)定后的頻率等于驅(qū)動力的頻率，跟振動系統(tǒng)的固有頻率無關(guān). 注意：按振動成因分類，振動有受迫振動和自由振動.像彈簧振子和單擺那樣，物體偏離平衡位置后，它們就在自己的彈力或重力作用下振動起來，而不需要其他外力的推動，這種振動叫做自由振動.3.共振（1）共振：驅(qū)動力的頻率等于振動系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，受迫振動的振幅最大的現(xiàn)象，叫做共振.（2）共振條件：f驅(qū)=f固.從受力角度來看：振動系統(tǒng)所受驅(qū)動力的方向跟它的運(yùn)動方向相同時(shí)，驅(qū)動力對它起加速作用，使它的振幅增大.驅(qū)動力的頻率跟物體的固有頻率越接近，使系統(tǒng)振幅增大的力的作用次數(shù)就越多；當(dāng)驅(qū)動力頻率等于物體的固有頻率時(shí)，它的每

3、一次作用都使物體的振幅增加，從而振幅達(dá)最大.從功能關(guān)系來看：當(dāng)驅(qū)動力頻率越接近振動系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，驅(qū)動力與物體運(yùn)動一致的次數(shù)越多，驅(qū)動力對物體做正功越多，振幅就越大.當(dāng)驅(qū)動力頻率等于物體固有頻率時(shí)，驅(qū)動力始終對物體做正功，使振動能量不斷增加，振幅不斷增大，直到增加的能量等于克服阻尼作用損耗的能量，振幅才不再增加.（3）共振曲線：受迫振動的振幅隨驅(qū)動力頻率變化的圖象，叫做共振曲線，如圖11-5-1所示.圖11-5-1 當(dāng)f=f0時(shí)，受迫振動的振幅最大，由此可知f0等于做受迫振動物體的固有頻率.活學(xué)巧用1.自由擺動的秋千，擺動的振幅越來越小，下列說法正確的是（ ）A.機(jī)械能守恒 B.能量正在消失

4、C.總能量守恒，機(jī)械能減小 D.只有動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化思路解析：自由擺動的秋千可以看作阻尼振動的模型，振動系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)化也不僅是系統(tǒng)內(nèi)部動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化.振動系統(tǒng)是一個(gè)開放系統(tǒng)，與外界時(shí)刻進(jìn)行能量交換.系統(tǒng)由于受到阻力，因而使振動的能量不斷減小，但總能量守恒.答案：C2.如圖11-5-2所示，在曲軸A上懸掛一個(gè)彈簧振子，如果轉(zhuǎn)動把手，曲軸可以帶動彈簧振子上下振動.問：圖11-5-2（1）開始時(shí)不轉(zhuǎn)動把手，而用手往下拉振子，然后放手讓振子上下振動，測得振子在10 s內(nèi)完成20次全振動，其固有周期和固有頻率各是多少？若考慮摩擦和空氣阻力，振子做什么振動？（2）在振子正常振動過程中，以轉(zhuǎn)速4

5、 r/s勻速轉(zhuǎn)動把手，振子的振動穩(wěn)定后，振子做什么運(yùn)動？其周期是多少？（3）若要振子振動的振幅最大，把手的轉(zhuǎn)速應(yīng)多大？為什么？思路解析：（1）據(jù)題意：T固= s=0.5 s,f固= Hz=2 Hz.由于摩擦和空氣阻力的存在，振子克服摩擦力和阻力做功消耗能量，使其振幅越來越小，故振動為阻尼振動.（2）由于把手轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)速為4 r/s，它給彈簧振子的驅(qū)動力的頻率為f驅(qū)=4 Hz，周期T驅(qū)=0.25 s，故振子做受迫振動，振動達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)后，其頻率（或周期）等于驅(qū)動力的頻率（或周期），而跟固有頻率（或周期）無關(guān)，即f=f驅(qū)=4 Hz，T=T驅(qū)=0.25 s.（3）要使彈簧振子的振幅最大，處于共振狀態(tài)，必須使其驅(qū)動力的頻率f驅(qū)等于它的固有頻率，即f驅(qū)=f固=2 Hz，故把手的轉(zhuǎn)速應(yīng)為n=2 r/s.答案：（1）0.5 s 2 Hz 阻尼振動 （2）受迫振動 0.25 s (3)2 r/s 原因略3.在圖11-5-3中，當(dāng)A振動起來后，通過水平繩迫使B、C振動，下列說法中，正確的是（ ）圖11-5-3A.只有A、C的振動周期相等 B.A的振幅比B小C.C振動的振幅比B大 D.A、B、C的振動周期相等思路解析：A振動后迫使水平繩振動